Cómo afecta el aumento de la impedancia de los altavoces al volumen en dB y a la potencia

¿Qué es la impedancia de un altavoz?

La impedancia del altavoz, medida en Ohmios, es la resistencia total de la bobina móvil al flujo de corriente eléctrica cuando opera con una señal musical.

Cada vez que tienes un voltaje entregando corriente a través de un cable, necesitas cierta resistencia para limitar cuánta puede fluir. Igualmente, un amplificador o estéreo necesita al menos algo de resistencia del altavoz (una carga de altavoz, por así decirlo) para limitar cuánta corriente intenta suministrar la radio o amplificador.

A diferencia de un cable recto que va del punto "a" al "b" al conectar alimentación, el bobinado de la bobina móvil forma un bucle que tiene una propiedad eléctrica llamada inductancia. La inductancia es distinta de la resistencia ya que tiene resistencia dependiendo de la frecuencia de la corriente alterna (CA) que fluye en ella.

A esto se le llama reactancia inductiva.

La impedancia del altavoz cambia con las frecuencias musicales —algo

Para altavoces de coche, esto significa que la impedancia real (resistencia total) ¡cambia un poco mientras suena la música! Sin embargo, la buena noticia es que podemos dar a los altavoces una valoración en Ohmios (valoración de impedancia) porque siempre está dentro de un rango como 2 ohmios, 4 ohmios, etc.

Cuando hablamos de la impedancia de un altavoz, la mayoría de las veces nos referimos a la categoría (rango general) del altavoz usada para igualar amplificadores de estéreo de hogar o coche.

En el mundo eléctrico, los Ohmios a veces se representan con el símbolo griego Omega, "Ω".

¿Cómo funciona la impedancia del altavoz?

Como dije, la impedancia de un altavoz está compuesta por su resistencia y reactancia inductiva debido a la bobina de alambre que forma la bobina móvil.

La impedancia no se puede medir totalmente con un medidor de corriente continua (CC). Por ejemplo:

• Si usas un multímetro digital en modo resistencia en Ohmios, medirás solo la resistencia CC del alambre.
• Si tuvieras el equipo adecuado y pudieras aplicar una señal CA, verías una cantidad adicional de resistencia también.

Sumando ambas obtendrías el total de "impedancia" real. Igual ocurre cuando una señal musical mueve un altavoz para hacer sonido: el amplificador o estéreo "verá" una carga de altavoz que es la suma de ambas.

Matemáticas de resistencia y reactancia inductiva explicadas

A diferencia de la resistencia estándar, no puedes simplemente sumar la reactancia inductiva a ella. Para calcular la impedancia total del altavoz, las sumarías hallando la raíz cuadrada de la suma de los cuadrados, a veces llamada "suma trigonométrica".

Nota: Para discusión general, no necesitamos saber la impedancia exacta al igualar altavoces, hablar de salida dB y potencia, etc.

Lo ofrezco como info adicional para ayudar a tu comprensión de de dónde viene todo.

¿Cómo afecta el aumento de impedancia del altavoz a la potencia?

Como ves en el diagrama, aumentar la impedancia del altavoz no solo afecta al volumen (lo cubriré abajo) sino también a la potencia. De hecho, puede hacer una gran diferencia en cuánta potencia tienes disponible con tu estéreo o amplificador de hogar o coche.

Eso es por la Ley de Ohm y cómo funciona la potencia:

• Estéreos y amplificadores de hogar y coche tienen cierta cantidad de voltaje que pueden producir para entregar potencia a altavoces.
• Según la Ley de Ohm, si cambias la resistencia (impedancia del altavoz), la potencia desarrollada cambia en consecuencia.
• Amplificadores y radios tienen un límite superior de cuánto voltaje pueden sacar, así que la salida máxima no cambia si aumentas la impedancia. Es un límite fijo.
• Por tanto: si aumentas la impedancia del altavoz, se desarrollará menos potencia con el mismo estéreo o amplificador.

En este gráfico ejemplo, ves cuánta potencia desarrolla un altavoz de 4 ohmios con el mismo amplificador que uno de 8 ohmios. El de 4 ohmios no solo desarrolla 2x la potencia del de 8 ohmios, sino que el de 8 ohmios nunca alcanza la potencia total disponible del amplificador.

Eso importa en algunos casos y menos en otros. Por ejemplo, en estéreos domésticos donde no necesitas mucha potencia, puedes usar altavoces de 16 ohmios en lugar de 8 ohmios sin notar mucha diferencia.

Pero es distinto en audio de coche, donde a menudo se necesita mucho más potencia para buen sonido o volumen en un vehículo —especialmente con subwoofers para graves potentes. En ese caso, cambiar de 4 a 8 ohmios significa que tendrás la mitad de potencia disponible que antes.

¿Afecta la impedancia del altavoz al volumen?

Diagrama mostrando gráfico comparativo del volumen de salida en dB de un altavoz de 8 ohmios al mismo nivel de salida de amplificador/estéreo que uno de 4 ohmios. Un altavoz de 8 ohmios produce menos potencia y volumen al mismo ajuste de volumen. Cuando el amplificador está en su salida máxima (voltaje máximo), el altavoz de 4 ohmios tendrá mayor salida dB que el de 8 ohmios al mismo nivel.

En el gráfico, ves qué pasa al usar un altavoz de 8 ohmios en lugar de 4 ohmios con el mismo amplificador. Para mantener igualdad compararé altavoces de 4 y 8 ohmios con misma sensibilidad de 89dB a 1W/1M.

Puede parecer confuso al principio, pero el gráfico muestra:

• La salida dB para el altavoz de 4 ohmios en cada voltaje de salida del amplificador/estéreo que le suministra 1 vatio, 2 vatios, 4 vatios, etc. Un altavoz de 8 ohmios necesita un voltaje de salida del amplificador/estéreo mayor para obtener el mismo nivel de potencia.
• La salida dB para un altavoz de 8 ohmios en esos mismos niveles de salida del amplificador cuando se usa en lugar de uno de 4Ω.

Esto muestra que cuando aumentas la impedancia del altavoz en un estéreo o amplificador diseñado para menor impedancia, la salida en decibelios (dB, volumen) será menor en todo el rango de potencia.

También puede ser mucho menor que la impedancia correcta en la salida máxima.

Tendrás que subir la salida de la radio o amplificador para obtener la misma salida en dB para el altavoz de mayor impedancia.

Esto significa que:

• Para un altavoz de mayor impedancia, el volumen general será unos dB menor típicamente, dependiendo de las particularidades de ese altavoz.
• Nunca sacarás toda la capacidad del estéreo o amplificador como lo harías con un altavoz de menor impedancia para el que está diseñado.

Para subwoofers de coche, por ejemplo, eso es un gran problema. Por cada duplicación de potencia a un altavoz, obtienes 3dB más de volumen, no el doble de volumen. 4x la potencia son 6dB, y así.

Nuestros oídos funcionan de forma que unos 10dB se consideran una gran diferencia, lo que requiere unas 10x la potencia. Al duplicar la impedancia del altavoz, como ves en los gráficos, "te quedarás sin fuelle" mucho antes de alcanzar la potencia máxima que tu amplificador podría dar con el altavoz de impedancia correcta (menor).

Para estéreos de coche con menor potencia (la mayoría limitados a unos 14-15W) eso es especialmente poco ideal.

¿Qué pasa si uso un altavoz de mayor impedancia en un crossover?

¿Qué es el desplazamiento de cruce (crossover shift)?

Los crossovers de altavoz se diseñan usando valores predeterminados para los condensadores e inductores que usan como filtros. Cuando un fabricante diseña crossovers, siempre se basa en la impedancia del altavoz para la que están diseñados.

Los crossovers se comportan distinto cuando la carga del altavoz (carga en Ohmios que ven) cambia. Por esto, cuando cambias la impedancia del altavoz cambias la frecuencia de cruce y el sonido. La frecuencia de cruce cambiará —típicamente mucho.

En otras palabras, cambiar la impedancia del altavoz desplazará la frecuencia de cruce. Puedes notar varios problemas:

• Sonido "áspero" de woofers o medios. Tweeters pueden sonar distorsionados y empezar a "romper" el sonido a volumen.
• Calidad de música "delgada", débil.
• Huecos en los rangos de sonido que deberías oír.

Los crossovers de altavoz solo deben usarse con la impedancia para la que están diseñados o no sonarán bien.

Por ejemplo, usar un altavoz de 16 ohmios con un crossover de altavoz doméstico de 8 Ohmios no funcionará correctamente. Sonará mal y no funcionará como diseñado. Definitivamente te decepcionarás con el sonido.

No olvides que si tus altavoces no son de la misma impedancia, el de mayor impedancia no estará al mismo nivel de salida que el correcto, o sea, no están bien igualados.

¿Necesito igualar impedancias de tweeter y woofer en altavoces 2 vías?

No recomiendo mezclar impedancias en altavoces de 2 o 3 vías porque no tendrán el mismo nivel de volumen al subir el volumen. Eso significa que el sonido no será correcto y te quedarás lidiando con algunas frecuencias sonando mal a partir de cierto punto.

Como ves en los gráficos anteriores, al aumentar la potencia el altavoz de mayor impedancia siempre se quedará corto frente al también correctamente igualado.

En sistemas de 2 vías, es un problema aún mayor porque muy a menudo los tweeters ya tienen mayor salida de volumen que sus contrapartes woofer o medios. Para empeorar, la mayoría de altavoces 2 vías tienen al menos un crossover del que dependen.

Esto significa que en muchos casos cambiar la carga en Ohmios del altavoz también cambiará el comportamiento del crossover y afectará negativamente al sonido.

He visto algunos sistemas donde un altavoz (típicamente el tweeter) tiene valor en Ohmios distinto a los otros, pero en ese caso los diseñadores lo tienen en cuenta.

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